• Lưu lượng chuyển cát dọc bờ tổng cộng Qg được xác định là tổng lưu lượng chuyển cát dọc bờ về phía trái và về phía phải tại một vị trí nhất định (chẳng hạn, đoạn lưới thứ i) trên đường bờ tại một vị trí xác định:
Qg =Qrt+Qlt (2.35)
Một luồng dẫn vào cảng bị bồi lắng do cát tới từ cả hai phía là một ví dụ áp dụng Qg
• Lưu lượng chuyển cát dọ bờ “tịnh” Qn là chênh lệch giữa vận chuyển cát về phía phải và về phía trái tại một điểm duy nhất định trên đường bờ trong khoảng cách xác định.
Qn=Qrt−Qlt (2.36)
Lưu lượng chuyển cát tịnh là tổng vec-tơ của các lưu lượng chuyển cát và nhằm xác định xem một đoạn đường bờ biểu diễn cụ thể sẽ bồi hay xói; đây cũng là đặc trưng cần tính để theo dõi biến đổi đường bờ trong GENESIS.
Ngưỡng hiệu quả của vận chuyển cát
Từ P.T. (2.2), thành phần chính của lưu lượng chuyển cát phụ thuộc vào chiều cao và góc sóng vỡ:
Q∼(Hb)5/2sin 2θbs (2.37) do tốc độ truyền sóng tại vị trí sóng vỡ: Cgb ∼(Hb)1/2. Nếu xét hai con sóng có cùng góc sóng vỡ và chiều cao sóng vỡ lần lượt là 1 m và 0,1 m thì con sóng 1 m sẽ lớn gấp 300 lần con sóng kia (!). Như vậy chuỗi số liệu sóng có cả lúc biểu động và biển lặng, ta có thể lược bỏ nhiều con sóng nhỏ sinh ra vận chuyển bùn cát không đáng kể đối với thay đổi đường bờ. Một ví dụ cụ thể là (Kraus và nnk., 1988).
Phương pháp được dùng trong GENESIS là tại mỗi thời điểm đo sóng, thực hiện tính truyền sóng tới đường sóng vỡ (giả thiết các đường đồng mức thẳng và song song). Nếu chiều cao sóng vỡ thấp dưới ngưỡng, ta đạt chiều cao sóng bằng 0 hoặc chu kỳ bằng (−999);
cách hiệu chỉnh này cho phép bỏ qua chuyển cát đối với những con sóng quá nhỏ.
Giới hạn dưới của lượng vận chuyển cát hiệu quả tương ứng với:
HbXbV =3,9 (m3/s) (2.38)
trong đó
Xb = bề rộng của vùng sóng vỡ
V = vận tốc trung bình của dòng ven bờ
Lấy Xb ≈Db/tanβ và Hb = γDb, bề rộng vùng sóng vỡ sẽ là Xb =Db/(γtanβ). Với V [komar-inman-70] đề nghị công thức kinh nghiệm:
V =1,35 Hb
2
γg Hb
1/2
sin 2θbs
Thay tất cả vào P.T. (2.38) ta được một công thức tìm ra các điều kiện sóng không có vận chuyển cát hiệu quả:
Hb5/2sin 2θbs = 2×3,9 1,35
γ1/2tanβ
g1/2 (2.39)
Nếu vế trái của trong P.T. (2.39) nhỏ hơn giá trị “ngưỡng” là vế phải thì điều kiện sóng nước sâu tương ứng trong chuỗi số liệu sẽ được coi là “lặng” (không có chuyển cát hiệu quả).
Chương 3
Chương trình GENESIS
Trong chương trình này, cấu trúc giao diện và các file vào-ra của chương trình được xét đến, bao gồm các vấn đề thực tế gặp phải khi chạy chương trình GENESIS. Nhưng trước hết, những công tác chuẩn bị trước khi chạy chương trình được đề cập dưới đây.
3.1 Các bước chuẩn bị trước khi chạy GENESIS
3.1.1 Hệ toạ độ và lưới tính toán
Như đã đề cập ở trong Chương 2, việc đầu tiên là căn cứ vào bản đồ/ảnh vệ tinh của đoạn đường bờ nghiên cứu mà xác định hệ trục toạ độ. Trục x hướng dọc theo bờ và trục y hướng ra biển. Nên đặt hệ trục toạ độ sao cho tất cả các toạ độ của đường bờ đều dương.
Các vị trí dọc theo bờ, sau khi có lưới, sẽ được chỉ định bằng chỉ số các đoạn lưới thay vì toạ độ thực. Một ví dụ về hệ trục và lưới như trên Hình 3.1.
Như ở Mục 2.3.6, lưới bao gồm N ô cách bởi N + 1 vách ngăn. Vách ngăn 1 chính là nơi đặt biên trái của mô hình, và cũng tiếp giáp với trục y.
GENESIS phiên bản 2 sử dụng lưới khoảng cách ∆x đều nhau, khoảng cách này phải đủ nhỏ để biểu thị những đặc điểm chính của đường bờ. Vị trí của các đầu đập mỏ hàn, đê chắn sóng hay tường biển được đặt ở vị trí đường ngăn (xem Hình 3.1).
Ngược lại, các vị trí nuôi bãi lại được xác định tại điểm giữa các đoạn lưới vì chúng gắn liền với thay đổi vị trí đường bờ.
Nếu một số công trình quá ngắn khi co lại để hai đầu của nó vừa vào vị trí đường ngăn thì có thể kéo dài thêm một đoạn lưới về một trong hai phía.
Tất cả vị trí của đường bờ (hiện tại và số liệu đo trong quá khứ) phải được xác định tại tâm đoạn lưới. Cũng có thể lựa chọn mô phỏng một đoạn đường bờ nhất định trong phạm vi lưới, nhưng trường hợp này đòi hỏi thận trọng khi xác định điều kiện biên, tốt nhất là chạy trước với toàn bộ đường bờ để có được vận chuyển cát tại các địa điểm cần thiết.
35
Hình 3.1: Ví dụ hệ trục toạ độ và lưới dùng trong GENESIS.
3.1.2 Các điều kiện biên đầu, cuối
Trong phần 2.3.7, ta đã xét đến hai loại điều kiện đầu cuối: điều kiện “bãi cố định” và
“dạng cửa”. Trong đó, biên “bãi cố định” là thường trực, nó sẽ được dùng khi không có đập mỏ hàn, ở vị trí các đường ngăn 1 và N + 1, và cho phép tự do chuyển cát ở hai đầu.
Biên dạng cửa
Một điều kiện biên dạng cửa (Hình 3.2) được đặt ở đường ngăn đầu hoặc cuối nếu như ở đó có đập mỏ hàn (hoặc jetty hay đê chắn sóng liền bờ). Lượng cát chuyển qua biên này phụ thuộc vào chiều dài mỏ hàn tính đến bờ, độ dốc bãi và độ xuyên thấu của mỏ hàn.
Với biên phải ở Hình 3.2, ta cho khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến đường bờ YGN rất lớn và độ xuyên thấu của mỏ hàn bằng 0. Nhìn từ phía ngoài biên phải vào trong, đập mỏ hàn trở nên một đường ngăn hoàn toàn không cho bùn cát di chuyển vào trong. Ngược lại, ở mặt trái cũng của đập mỏ hàn này, khoảng cách từ đầu đập đến đường bờ lại không lớn như vậy và sẽ có vận chuyển cát vượt qua đập mỏ hàn trong những điều kiện thích hợp nhất định.
Đập mỏ hàn ở biên trái Hình 3.2 có chiều dài tương tự nhưng cho phép chuyển cát qua nó theo hai chiều vì chiều dài hiệu quảYG1 được đặt tương đối ngắn. Điều kiện biên dạng cửa cho phép điều chỉnh tương đối linh hoạt các lưu lượng chuyển cát qua các biên đầu, cuối.